JPH045267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は、樹脂封止型半導体装置に係り、特に
耐湿性、耐食性に優れた樹脂封止半導体装置に関
する。 〔従来の背景〕 IC，LSIなどの、いわゆる半導体素子は、通
常、素子を物理的に外界から保護する、あるいは
電気的に絶縁するなどの目的から、各種の封止材
料で封止される。 封止材料および封止方法として、近年、経済性
と量産性に優れた樹脂封止が多用されており、そ
の中でもエポキシ樹脂系材料によるトランスフア
成形封止が主として用いられている。 エポキシ樹脂系（以下、単に樹脂と称する）封
止は経済性および量産性の点で有利である反面、
樹脂であるために耐透湿性が低く、水分浸透によ
る問題がある。すなわち、封止樹脂とリードフレ
ーム界面から侵入した水分および封止樹脂中を透
過して内部へ侵透する水分が封止樹脂成分および
不純物を微量溶解しながら、素子のAl配線、電
極、ワイヤに到達して、この部分に腐食性液膜を
形成するため、腐食が発生する。 そこで、このような腐食の発生を防止するた
め、種々の方法が提案されているが、その一つ
に、樹脂封止半導体のAl電極、Al配線の表面に
保護膜を形成して腐食を防止する方法があり、例
えば特開昭47−12864号公報によれば、無水クロ
ム酸、弗化アンモニア、リン酸の水溶液からなる
リン酸塩化成処理液中に処理すべき部分を浸漬
し、Al表面をリン酸塩処理する方法が示されて
おり、また、特開昭50−23979号公報によれば、
Al配線に導線をボンデイングした後に、リン酸
−クロム酸混合水溶液に浸漬してAl表面に不働
態皮膜を形成する方法が示されている。 そして、これらの方法によれば、Al電極及び
Al配線表面には、不働態皮膜が形成され、これ
らに対しては充分な腐食防止効果を発揮する。し
かしながら、半導体装置は必らずしもその表面が
AlあるいはAl合金になつているとは限らず、リ
ードフレームのCu、42Alloy，Agめつき、さら
にワイヤボンデイングのワイヤがAu，Cuになつ
ているなどその種類が多い。このような場合には
上記方法では不働態皮膜を形成しない金属がある
ため、この部分で電位差が生じ腐食電池が形成さ
れて、腐食が進行し、信頼性に悪影響を及ぼすこ
とになつてしまうが、上記方法ではこの点までは
考慮されていない。 また、保護膜の形成法として、特開昭56−
116634号公報に示されるように、ワイヤボデイン
グ後の半導体装置を高温の水蒸気雰囲気中に曝し
て、Al表面に酸化膜を形成する方法があり、さ
らに類似する方法として、特開昭52−50687号公
報に示されているように、半導体装置を80〜250
℃の熱水に５〜100分間浸漬して、Al表面に水和
酸化物膜を形成する方法もある。 これらの方法によれば、Al表面に酸化膜ある
いは水和酸化物が形成され、これによる腐食軽減
の効果が期待できる。しかしながら、上述したよ
うに、半導体装置の構成金属はAlだけとは限ら
ず、Cu，Ag、42Alloy等が使用されていること
から、このような高温水蒸気あるいは高温水中に
曝す方法ではAl及びAl合金以外の上記、半導体
構成材料が腐食され、結果としてAl，Al合金の
腐食が軽減されるが、その他の金属は逆に腐食が
促進されてしまうことになるが、上記方法では、
このとまでは配慮されていない。 さらに、前述した如き方法では水溶液あるいは
水蒸気など水分が関与することから、半導体構成
金属の腐食防止に関しては好しいことではない。 一方、特開昭49−115783号公報あるいは特開昭
51−140476号公報に示されているようにAl配線
膜上に、めつきを施こす方法もある。これらの方
法では、Al配線上に耐食金属をめつきするので
Al配線は腐食環境から保護され、その目的は達
せられる。しかし、電気めつきあるいは化学めつ
きでは、水溶液を使用し、そのPHが一般的には酸
性側であり、金属の若干の溶出を伴なうこと、あ
るいは、めつき液中の不純物や陰イオンの付着等
が生じるため、めつき後の洗浄、乾燥を充分に行
なう必要を生じ、工程数や処理時間が増してしま
うという問題が付随する。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記した問題点を解決し、耐
湿性および耐食性に優れ、極めて高い信頼性を与
えることができる樹脂封止型半導体装置及びその
製造方法を提供することにある。 〔発明の概要〕 この目的を達成するため、本発明は、特に樹脂
中を透過し、樹脂成分や不純物を溶解、抽出しな
がら、素子表面に到達する腐食性イオンを含む水
分と金属保護膜との関係について考察した結果、
ワイヤボンデイング後の半導体装置をAlあるい
はAl合金と化学反応をして水に難溶性の金属−
有機物化合物を生成する有機物質を溶解した非水
溶媒と接触させ、Alあるいはｌ合金上に、該化
合物を形成し、その後、樹脂により封止すること
を特徴とし、これにより優れた耐湿性および耐食
性を得るものである。 封止樹脂中を透過して、ワイヤーおよび素子表
面に到達する水分は、透過の過程で樹脂からCl^-，
Br^-，Na⁺，NH₄ ⁺，Sb³⁺などのイオンを抽出し、
これらを含んだ比較的電導度の高い水となる。ま
た、透過水のPHは3.5〜4.0と酸性であり、上記の
腐食性イオンの含有と相俟つて、腐食性の強い水
となり、ワイヤーやAl配線、Al電極面に到達し
て、そこに液膜を形成する。 ここで、Alは両性金属であるために、液膜の
PHが酸性、アルカリ性のいずれにおいても溶解す
る。ここで上記した如く、樹脂中を透過した水は
酸性であるためAlあるいはAl合金は腐食、溶解
する。一方、AlあるいはAl合金は腐食に伴つて、
溶出した腐食生成物がAlあるいはAl合金表面を
覆い（腐食保護皮膜）、腐食の進行を妨げる作用
をする。しかし、透過水中に含まれているCl^-，
Br^-などのハロゲンイオンは腐食保護皮膜の破壊
作用が強いため、上記したAlあるいはAl合金に
生成した保護皮膜が破壊され、再びAlの溶解が
生ずる。すなわち腐食は保護皮膜の生成と破壊作
用の競合反応である。したがつてAlあるいはAl
合金表面に安定な保護物質を形成することにより
腐食抑制が可能である。 ところで、AlあるいはAl合金の腐食抑制には
有機物が好都合である。有機物には金属表面に化
学的、物理的に吸着して腐食を抑制するものと、
金属と反応して、金属−有機物の化合物を生成し
て腐食を抑制するものがあるが、半導体装置には
後者の化合物形成型が好ましい。 化合物形成型の有機物としてはトリアゾール類
が好ましい。トリアゾール類の中ではベンゾトリ
アゾールあるいはトリルトリアゾールが好適であ
る。これらはアルコールの如き非水溶媒に可溶で
あることから、所定濃度のベンゾトリアゾールあ
るいはトリルトリアゾールを溶解したアルコール
にワイヤボンデイング後の半導体装置を浸漬して
Al電極、Al配線表面にAl−ベンゾトリアゾール
化合物皮膜を形成することにより保護皮膜を形成
する。この場合Cuワイヤボンデイングを施した
半導体装置ではAl電極、Al配線と同時にCuワイ
ヤ表面及びボンデイング部にCu−ベンゾトリア
ゾール化合物が生成するので半導体装置全体を防
食できる。トリルトリアゾールの場合も効果は同
じである。 安息香酸ナトリウム等の安息酸化合物もまた
AlおよびAl合金の腐食抑制に有効であり、金属
−有機物の保護皮膜の形成は上述したベンゾトリ
アゾールの場合と同様で良い。また、シユウ酸ナ
トリウムの如き、シユウ酸塩も有効である。 アゼライン酸（HOOC（CH₂）₇COOH）、キナル
ジン酸（NC₉H₆COOH）、Cupferron、ルベアン
酸、オキサミドなども有効であり、AlおよびAl
合金の腐食を抑制する。 オキシンもまた、アルコールに溶解し、この中
に半導体装置を浸漬することにより、Alあるい
はAl合金と反応し、その表面に安定な錯化合物
を形成し、腐食を効果的に抑制する。ここで述べ
た有機物以外のものでもAlあるいはAl合金と反
応して、表面に安定な化合物を形成するものであ
れば本発明の目的は達せられる。 金属−有機物の化合物の形成はワイヤボンデイ
ング後の半導体装置を前記、ベンゾトリアゾール
の如き有機物を溶解した非水溶媒と接触させるこ
とにより行なわれる。接触させる方法はスプレー
あるいは浸漬あるいは塗布など、いずれの方法で
も良いが、単純で且つ確実な方法は浸漬である。
アルコールの如き非水溶媒に浸漬することにより
金属−有機物の化合物を形成後、該溶媒液中から
半導体装置を引き上げるだけで、半導体装置は乾
燥されるので、洗浄が強制乾燥はほとんど必要な
い。 ワイヤボンデイング後の半導体装置のAl電極、
Al配線、さらにボンデイングワイヤ表面に金属
−有機物の化合物皮膜を形成することの利点は耐
食性向上の他に、封止樹脂との密着性が向上する
ことである。これは金属のみの表面に比較して、
金属−有機物の化合物が表面に形成されることに
より表面粗さが大きくなることおよび有機物と樹
脂との相性の良さによるものである。密着性が向
上することにより外界すなわち封止樹脂とリード
フレーム界面からの水分の侵入が阻止される。ま
た完全に阻止が出来ない場合でも素子表面に到達
するまでの時間を著しく長くできるため半導体装
置としての信頼性が向上する。 〔発明の実施例〕 まず、本発明の効果を知るための実験例につい
て説明すると、この実験では、まず99.99％Alお
よびAl−２％Si合金板を電解研摩して試験片と
した。試験片は25mm×20mm×２mmの板である。こ
の試験片を各種の濃度に調整したベンゾトリアゾ
ール、トリルトリアゾール、安息香酸ナトリウ
ム、アゼライン酸、キナルジン酸、ルベアン酸、
クツプフエロン（Cupferron）のエチルアルコー
ル溶液に40℃で３分間浸漬し、取り出して乾燥し
た。 上記の処理を施した試験片を封止樹脂を熱水に
浸漬して溶出成分を抽出した条件を模擬した次の
溶液中に浸漬し、ACインピーダンス法により腐
食抵抗を測定した。 試験液：Cl^-35ppm、PH４、80℃ その結果を第１表に示す。

〔実施例〕

図はCuワイヤボンデイング半導体装置による
本発明の一実施例で、以下、この実施例について
説明する。 シリコンチツプ１をリードフレーム２上にマウ
ントし、Cuワイヤ３をリードフレーム２のAg電
極４とシリコンチツプ１のAl電極５にボンデイ
ングする。その後、この半導体装置を0.16M/
濃度のベンゾトリアゾールを溶解したエチルアル
コール溶液に40℃３分間浸漬して、表面に金属−
有機物の化合物を形成し、該溶液から引き上げ乾
燥する。リードフレームのAg電極４表面にはAg
−ベンゾトリアゾール膜６が、Cuワイヤ３の表
面にはCu−ベンゾトリアゾール膜７が、シリコ
ンチツプ１のAl電極５の表面にはAl−ベンゾト
リアゾール膜８が形成される。その後に封止樹脂
９で封止する。これによりリードフレーム２と封
止樹脂９の界面から水分が侵入しても、耐食性の
Ag−ベンゾトリアゾール膜、Cu−ベンゾトリア
ゾール膜、Al−ベンゾトリアゾール膜により電
極およびワイヤが保護されて優れた耐湿性を発揮
する。さらに、Cu−ベンゾトリアゾールと封止
樹脂の密着性が改善されるので、シリコンチツプ
への水分の侵入を防止できる。 この本発明の実施例による半導体装置と従来の
無処理のままのCuワイヤボンデイング半導体装
置とに対して120℃のプレツシヤクツカー試験を
実施し、電極あるいはワイヤの腐食による断線
（不良発生）の起る時間を測定した結果、従来品
は400時間であつたのに対し、本発明になる半導
体装置は2000時間でも断線不良は発生せず、従つ
て、この実施例によれば充分な耐食性が得られ、
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、樹脂封
止半導体装置への水分の侵入を著しく減じ、加え
て耐食性の高い金属−有機物化合物からなる保護
皮膜を半導体構成金属表面に形成するので極めて
耐湿性及び耐食性に優れた半導体装置を容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による半導体装置の一実施例を示す
断面図である。 １…シリコンペレツト、２…リードフレーム、
３…Cuワイヤー、４…Ag電極、５…Al電極、６
…Ag−ベンゾトリアゾール膜、７…Cu−ベンゾ
トリアゾール膜、８…Al−ベンゾトリアゾール
膜、９…封止樹脂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子及びこれに対する電気的接続部材
   の表面に保護層を形成した上で樹脂封止してなる
   半導体装置において、上記保護層を、該保護層が
   形成されるべき表面を構成している金属と、トリ
   アゾール類、安息香酸ナトリウム、アゼライン
   酸、キナルジン酸、ルベアン酸、クツプフエロ
   ン、シユウ酸塩、オキサミド、オキシンより選ば
   れた少なくとも１つからなる有機物との反応生成
   物で構成したことを特徴とする半導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記反応生
   成物の形成が、上記保護層が形成されるべき表面
   に対する上記有機物を溶解した非水溶媒の接触に
   よつて行なわれていることを特徴とする半導体装
   置。 ３ 半導体素子及びこれに対する電気的接続部材
   の表面に保護層を形成した上で樹脂封止してなる
   半導体装置の製造方法において、ワイヤボンデイ
   ング後、上記樹脂封止前の半導体装置に対して、
   トリアゾール類、安息香酸ナトリウム、アゼライ
   ン酸、キナルジン酸、ルベアン酸、クツプフエロ
   ン、シユウ酸塩、オキサミド、オキシンより選ば
   れた少なくとも１つからなる有機物を溶解した非
   水溶媒を用意し、該非水溶媒の中に上記半導体装
   置を漬積するか、又は上記非水溶媒を上記半導体
   装置に塗布するかの少なくとも一方の処理により
   上記保護層を形成し、その後、樹脂封止を施すよ
   うにしたことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。